一种等离子体热解装置的制作方法

本发明涉及机电设备，特别是涉及到一种等离子体设备。

背景技术：

当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体的处理方式和一般的方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，温度可达几万度以上，被处理的化工有害气体受到高温高压的等离子体冲击时，其分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质。

在固体废物处置领域，把水蒸汽通过等离子体装置分解为氢、氧活性化学物后再作为气化剂送入气化炉，与生活垃圾或医疗垃圾或工业有机废物或农林废弃物进行气化反应，所进行的反应是放热反应，不需输入氧气或空气助燃，因此可以把生活垃圾或医疗垃圾或工业有机废物或农林废弃物转化为符合化工原料应用要求的富氢合成气。

研发一种结构合理、适合其目标产物应用的等离子体装置是本领域研发人员的任务，提高等离子体装置的效率、减少电能消耗是本领域研发人员所追求的目标。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适合处理化工有害气体或热解用途的等离子体装置，并使装置结构简单合理和效率高，以减少电能消耗。

本发明的一种等离子体热解装置，包括第一电极2、围护体6、第二电极8、第三电极9、支持件10和电磁驱动组件，其特征是第一电极2为圆环体结构，第一电极2的圆环体嵌入在外套3中；围护体6为前后贯通的圆筒体结构，在圆筒体的外壁上有管圈槽6-1，在管圈槽6-1中有螺线管圈7；第二电极8为环形体结构，第三电极9为圆盘体结构，圆盘体的中心有过孔，第三电极9置于第二电极8的环形壁体之内，第三电极9的外壁与第二电极8的内壁之间有空间；支持件10为前端开口的圆槽体结构，圆槽体结构的后端壁体中有通孔；外套3携第一电极2安装在围护体6的前端，围护体6的后端连接在第二电极8的前端，第二电极8的后端安装在支持件10的圆槽壁体上；在第三电极9圆盘体中心的过孔中和支持件10圆槽体后端壁体的通孔中有穿心牵紧杆11，穿心牵紧杆11的牵紧螺头11-2从支持件10圆槽体后端壁体的通孔中穿出，用中继接头12旋合在穿心牵紧杆11的牵紧螺头11-2上，中继接头12的中心有轴向孔道，中继接头12的后部有连接螺头12-1，电磁驱动组件安装在连接螺头12-1上；电磁驱动组件中有驱动杆13，驱动杆13的前部杆体中有引弧电极5，当需引发等离子体电弧时，引弧电极5的头端在第一电极2与第三电极9之间进行伸缩方式的引弧。

本发明中，在螺线管圈7中进行循环流动冷却剂，使螺线管圈7成为围护体6的冷却盘管；对螺线管圈7进行通电，使螺线管圈7成为电磁线圈，在围护体6的圆筒内周产生磁隔离层；第一电极(2)的前部的壁体上有定位凸头(2-1)，第一电极(2)的后部壁体上有密封台阶(2-2)，密封台阶(2-2)与围护体(6)的前端面进行密封配合，在外套(3)的前端有前端头(1)，前端头(1)为圆环体结构，在前端头(1)上有卡口(1-1)，卡口(1-1)与第一电极(2)前部的定位凸头(2-1)进行密封配合；第一电极2外壁与外套3内壁之间的空间构成冷却水套Ⅹ，冷却水套Ⅹ有冷却剂进口Ⅸ接入和冷却剂出口Ⅰ接出；在第二电极8的环形体中有环形气室Ⅶ，环形气室Ⅶ有介质输入接口Ⅱ，第二电极8内壁与第三电极9外壁之间的空间构成电离通道Ⅲ，围护体6的内空间构成等离子体发生室Ⅷ，环形气室Ⅶ通过电离通道Ⅲ连通到等离子体发生室Ⅷ，第一电极2的环内空间构成产物出口Ⅺ；在第三电极9的过孔前端有扩大的凹槽9-1；穿心牵紧杆11为空心结构，穿心牵紧杆11的内空间与第三电极9过孔前端的凹槽9-1进行相贯连通，穿心牵紧杆11的内空间构成引弧电极5的伸缩滑道；支持件10的圆槽体内空间构成环形冷却腔Ⅴ，穿心牵紧杆11的杆体构成环形冷却腔Ⅴ的内环壁体；在第三电极9的内侧有冷却环槽9-2，冷却环槽9-2与环形冷却腔Ⅴ相通，环形冷却腔Ⅴ有冷却液进口Ⅵ接入和冷却液出口Ⅳ接出；装置中有电刷19，电刷19与引弧电极5进行电气连接，电刷19设置在支持件10的后端或设置在中继接头12中；驱动杆13为空心结构，在驱动杆13中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠16和隔离珠18；在穿心牵紧杆11的后部有第一电气接口20接入，在第二电极8的壁体上有第二电气接口22接入，在外套3的壁体上或在前端头1上有第三电气接口25接入。

在等离子体装置中，等离子体电弧在二个主电极之间产生，在二个主电极之间能维持等离子体电弧稳定运行的条件下，二个主电极之间的空间距离越大，等离子体电弧的行程越长，其电子相互碰撞的机会和次数就会更多，其能量就会越大，当用于处理工业有害气体时，有害气体受到高温高压等离子体冲击的强度会更大，其重新组合变为无害物质的效率会更高。本发明利用引弧电极进行引弧，先伸出引弧电极使二个主电极之间的引弧距离缩短，以降低引弧电压，然后缩回引弧电极，使二个主电极之间产生高温等离子体电弧。本发明采取伸缩式引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量，提高了效率和节省电能。所述的二个主电极为第一电极2和第三电极9。

本发明在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，为了进一步提高等离子体装置的效率，本发明在装置中设置了第二电极8，把第二电极8和第三电极9进行嵌套设置，第三电极9置于第二电极8的环形体之内，使第二电极8的内壁与第三电极9的外壁之间的空间构成电离通道Ⅲ。应用时，等离子体工作电源连接到第一电气接口20，然后通过穿心牵紧杆11连接到第三电极9以及通过电刷19连接到引弧电极5；把高压电源连接到第二电气接口22；第三电气接口25为等离子体工作电源和高压电源的公共回路接口；所述的等离子体工作电源为180-600V电压的电源，其特点是低电压大电流，所述的高压电源为10000V以上的电源，其特点是高电压小电流。然后把工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气接入介质输入接口Ⅱ，通过第二电极8壁体中的环形气室Ⅶ进入第二电极8与第三电极9之间的电离通道Ⅲ中，便在电离通道Ⅲ内形成气流隔离放电方式的电场，使工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气被电离而增加活性，被电离活化的工业有害气体再在高温等离子体电弧的作用下，更容易及更彻底被处理成中性的无害物质，或被电离活化的水蒸汽更容易被分解而作为固体有机废物的气化剂应用。在具体工作时，引弧电极5的头端伸入到第一电极2的环内空间中，10000V以上的高压电源使第二电极8与第三电极9之间的电离通道Ⅲ进行气流隔离方式的放电，同时使引弧电极5的头端与第一电极2之间进行放电，在引弧电极5的头端与第一电极2上形成初始电弧，然后对电磁线圈15进行反向通电，使驱动杆13向后移动，带动引弧电极5后移，使引弧电极5的头端缩退到第三电极9的凹槽9-1中，从而把电弧引到第三电极9上，使第一电极2与第三电极9之间形成高温等离子体电弧。

本发明先使高压电源作用在第二电极8与第三电极9之间的电离通道Ⅲ中，对工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气进行电离和活化，然后使高压电源作用在第一电极2与第三电极9之间，通过引弧电极进行第一电极2与第三电极9之间的引弧，使之产生高温等离子体电弧，把工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气进行目标处理，更容易得到目标产物。采取伸缩式引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量，提高了效率和节省电能。其中，产生高温等离子体电弧的电能由等离子体工作电源提供。

本发明在围护体6的外壁上设置螺线管圈7，当在螺线管圈7中进行循环流动冷却剂时，使螺线管圈7成为围护体6的冷却盘管，当对螺线管圈7进行通电时，使螺线管圈7成为电磁线圈，在围护体6的圆筒内周产生磁隔离层，避免等离子体电弧与围护体6接触而被烧蚀，通过对围护体6进行冷却，从而降低围护体6材料的耐高温等级，以降低造价。

等离子体装置运行时，产生高温等离子体电弧的弧根在第三电极9的外端面上，为了避免引弧电极被烧结在第三电极9上而使引弧电极失去伸缩功能，本发明在第三电极9的体中设置凹槽9-1，使引弧作用完成后的引弧电极头部与第三电极9壁体之前具有一定的空间距离。

上述的发明中，在驱动杆13中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠16和隔离珠18，具体实施时，磁珠16选用永磁体材料，隔离珠18选用非磁性材料，各磁珠的极性进行同向串联设置，当需伸出引弧电极时，对电磁线圈进行正向通电，使电磁线圈中心产生的电磁力与驱动杆13内磁珠的磁力线进行正方向配合，把驱动杆13向前推移；当需缩回引弧电极时，对电磁线圈进行反向通电，使电磁线圈中心产生的电磁力与驱动杆13内磁珠的磁力线进行反方向配合，把驱动杆13向后移动。具体实施例时，当在线圈骨架14的后端设置定位铁环17，利用磁珠16的磁力，使驱动杆13定位，从而使引弧电极定位在伸出位置或缩回位置，因此只在需使驱动杆13前行或后退的过程中对电磁线圈进行通电，在驱动杆13定位后，就可对电磁线圈断电，实现节省电能和延长电磁线圈的寿命。本发明利用电磁线圈和驱动杆13来驱动引弧电极，没有机械动作机构，使得结构简单，并且工作可靠。

本发明的有益效果是：适合在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，先使处理介质进行电离活化，再把处理介质在高温等离子体电弧的作用下进行处理，更容易得到目标产物。采取伸缩式引弧的措施来使等离子体装置的二个主电极之间的空间距离得到延长，加大高温等离子体电弧的能量，提高了效率和节省电能。本发明利用电磁线圈及在驱动杆13中间隔设置磁珠措施来驱动引弧电极进行伸出或缩回，其结构简单合理、工作可靠。

附图说明

图1是本发明的等离子体热解装置的结构图。

图2是图1的A-A剖面图。

图中：1.前端头，1-1.卡口，1-2.连接螺口，2.第一电极，2-1.定位凸头，2-2.密封台阶，3.外套，3-1.卡槽，4.密封环，5.引弧电极，6.围护体，6-1.管圈槽，7.螺线管圈，8.第二电极，9.第三电极，9-1.凹槽，9-2.冷却环槽，10.支持件，10-1.安装螺头，10-2.切向气槽，11.穿心牵紧杆，11-1.内六角大头，11-2.牵紧螺头，12.中继接头，12-1.连接螺头，13.驱动杆，13-1.限位端头，14.线圈骨架，14-1.限位台阶，15.电磁线圈，16.磁珠，17.定位铁环，18.隔离珠，19.电刷，20.第一电气接口，21.密封套环，22.第二电气接口，23.密封垫，24.密封圈，25.第三电气接口，26.密封件，Ⅰ.冷却剂出口，Ⅱ.介质输入接口，Ⅲ.电离通道，Ⅳ.冷却液出口，Ⅴ.环形冷却腔，Ⅵ.冷却液进口，Ⅶ.环形气室，Ⅷ.等离子体发生室，Ⅸ.冷却剂进口，Ⅹ.冷却水套，Ⅺ.产物出口。

具体实施方式

实施例1图1所示的实施方式中，一种等离子体热解装置主要由第一电极2、围护体6、第二电极8、第三电极9、支持件10和电磁驱动组件，其中，第一电极2为圆环体结构，第一电极2的圆环体嵌入在外套3中，第一电极(2)的前部的壁体上有定位凸头(2-1)，第一电极(2)的后部壁体上有密封台阶(2-2)，密封台阶(2-2)与围护体(6)的前端面进行密封配合，在密封台阶(2-2)与围护体(6)的前端面之间有密封环4，在外套(3)的前端有前端头(1)，前端头(1)为圆环体结构，在前端头(1)上有卡口(1-1)，卡口(1-1)与第一电极(2)前部的定位凸头(2-1)进行密封配合，在卡口1-1与第一电极2的定位凸头2-1之间有密封件26；第一电极2外壁与外套3内壁之间的空间构成冷却水套Ⅹ，冷却水套Ⅹ有冷却剂进口Ⅸ接入和冷却剂出口Ⅰ接出；围护体6为前后贯通的圆筒体结构，在圆筒体的外壁上有管圈槽6-1，在管圈槽6-1中有螺线管圈7；第二电极8为环形体结构，第三电极9为圆盘体结构，圆盘体的中心有过孔，在过孔的前端有扩大的凹槽9-1，在第三电极9的内侧有冷却环槽9-2；第三电极9置于第二电极8的环形壁体之内，第三电极9的外壁与第二电极8的内壁之间有空间；支持件10为前端开口的圆槽体结构，圆槽体结构的后端壁体中有通孔，通孔的后部为楔形剖面结构的密封槽；外套3携第一电极2安装在围护体6的前端，围护体6的后端连接在第二电极8的前端，第二电极8的后端安装在支持件10的圆槽壁体上；在第二电极8的环形体中有环形气室Ⅶ，环形气室Ⅶ有介质输入接口Ⅱ，第二电极8内壁与第三电极9外壁之间的空间构成电离通道Ⅲ，围护体6的内空间构成等离子体发生室Ⅷ，环形气室Ⅶ通过电离通道Ⅲ连通到等离子体发生室Ⅷ，第一电极2的环内空间构成产物出口Ⅺ；在第三电极9圆盘体中心的过孔中和支持件10圆槽体后端的通孔中有穿心牵紧杆11，在支持件10圆槽体后端的通孔后部的密封槽中有剖面结构为楔形的密封套环21，在穿心牵紧杆11的前端有内六角大头111，在穿心牵紧杆11的后部有牵紧螺头11-2，穿心牵紧杆11的内六角大头11-1深入到第三电极9过孔前端的凹槽9-1中，在内六角大头11-1与凹槽9-1的壁体之间有密封圈24，穿心牵紧杆11为空心结构，穿心牵紧杆11的内空间与第三电极9过孔前端的凹槽9-1进行相贯连通，穿心牵紧杆11的内空间构成引弧电极5的伸缩滑道；在第三电极9与支持件10的壁体之间有密封垫23，在支持件10壁体的前端有切向气槽10-2，环形气室Ⅶ通过切向气槽10-2连通到电离通道Ⅲ；支持件10的圆槽体内空间构成环形冷却腔Ⅴ，穿心牵紧杆11的杆体构成环形冷却腔Ⅴ的内环壁体，第三电极9内侧的冷却环槽9-2与环形冷却腔Ⅴ相通，环形冷却腔Ⅴ有冷却液进口Ⅵ接入和冷却液出口Ⅳ接出；穿心牵紧杆11的牵紧螺头11-2从支持件10圆槽体后端壁体的通孔中穿出，用中继接头12旋合在穿心牵紧杆11的牵紧螺头11-2上，中继接头12的中心有轴向孔道，在中继接头12的体中有电刷19，中继接头12的前部为内螺纹结构，中继接头12的后部有连接螺头12-1，电磁驱动组件安装在连接螺头12-1上；电磁驱动组件由电磁线圈15和线圈骨架14组成，在线圈骨架14的后端有定位铁环17，线圈骨架14的中心为贯通的轴向孔道，在线圈骨架14中心的轴向孔道中有驱动杆13，在驱动杆13上有用于伸缩限位的限位大头13-1，引弧电极5以插入方式安装在驱动杆13前部的杆体中，驱动杆13为空心结构，在驱动杆13中部和后部的空心杆体中有间隔设置的磁珠16和隔离珠18，当需引发等离子体电弧时，引弧电极5的头端在第一电极2与第三电极9之间进行伸缩方式的引弧。使用时,在螺线管圈7中进行循环流动冷却剂，使螺线管圈7成为围护体6的冷却盘管，对螺线管圈7进行通电，使螺线管圈7成为电磁线圈，在围护体6的圆筒内周产生磁隔离层，避免等离子体电弧与围护体6接触而被烧蚀，通过对围护体6进行冷却，从而降低围护体6材料的耐高温等级，以降低造价。本实施例中，在穿心牵紧杆11的后部有第一电气接口20接入，第一电气接口20通过穿心牵紧杆11的金属材质连通到第三电极9以及通过电刷19与引弧电极5进行电气连接，在第二电极8的壁体上有第二电气接口22接入，在前端头1上有第三电气接口25接入，第三电气接口25通过前端头1和外套3的金属材料连通到第一电极2；第一电极2、第三电极9和引弧电极5选用钨合金材料制作；前端头1、第二电极8和穿心牵紧杆11选用普通金属材料制作；围护体6选用耐高温非金属材料制作；螺线管圈7选用紫铜管绕制；支持件10选用胶木材料或聚四氟乙烯材料制作；密封圈24选用具有导电性能的石墨石棉混合材料制作。本实施例在线圈骨架14的后端设置定位铁环17，利用磁珠16的磁力，使驱动杆13定位，从而使引弧电极定位在伸出位置或缩回位置，因此本实施例只在需使驱动杆13前行或后退的过程中对电磁线圈进行通电，在驱动杆13定位后，就可对电磁线圈断电，实现节省电能和延长电磁线圈的寿命。

本实施例在处理工业有害气体领域中应用或在固体废物处置领域中应用，应用时，先使引弧电极5的头端伸入到第一电极2的环内空间中，把180-600V的等离子体工作电源连接到第一电气接口20，把10000V以上的高压电源连接到第二电气接口22，第三电气接口25为等离子体工作电源和高压电源的公共回路接口；然后把工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气通过介质输入接口Ⅱ输入到环形气室Ⅶ中，再由切向气槽10-2以旋转气流方式进入电离通道Ⅲ中，10000V以上的高压电源使第二电极8与第三电极9之间的电离通道Ⅲ进行气流隔离方式的放电，使工业有害气体或水蒸汽或其他气源的工作气被电离而增加活性，同时使引弧电极5的头端与第一电极2之间进行放电，在引弧电极5的头端与第一电极2上形成初始电弧，然后对电磁线圈15进行反向通电，使驱动杆13向后移动，带动引弧电极5后移，使引弧电极5的头端缩退到第三电极9的凹槽9-1中，从而把电弧引到第三电极9上，使第一电极2与第三电极9之间的等离子体发生室Ⅷ内形成高温等离子体电弧；在经过电离通道Ⅲ被电离活化的工业有害气体再在等离子体发生室Ⅷ内的高温等离子体电弧的作用下，其有害气体的分子、原子将会重新组合而生成新的物质，从而使有害物质变为无害物质，处理后的目标产物从第一电极2的环内空间输出；或水蒸汽通过电离活化后，再经高温等离子体电弧分解为氢、氧活性化学物作为气化剂利用，使固体有机废物气化为有用的化学原料气。